不良与特殊地质地段隧道施工

(5)溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于 溶洞中。因弃渣覆盖了溶洞，不但不能了解其真实 情况，反而会造成更多困难。
第五节 岩爆
埋深较深的隧道工程，在高应力、脆性岩体中， 由于施工爆破扰动原岩，岩体受到破坏，使掌子面附 近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，这时围岩 表面发生爆裂声，随之有大小不等的片状岩块弹射剥 落出来，这种现象称之岩爆。
三、溶洞地段隧道施工的注意事项
(1)当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护 和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报， 设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下 水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。 (2)施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。当溶 洞较大、较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固， 再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应设置施工防 护架或钢筋防护网。
浆砌片石
浆砌片石
混凝土墙基 浆砌片石 支墙
图9 加深边墙基础
图10支墙内套设涵管
隧道中线 溶洞
隧底
混凝土
填充 图11 筑拱跨过
图12 架梁跨过
④绕行施工 在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，
可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道施工，并 同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行 开挖时，应防止洞壁失稳。
第八章 不良和特殊地质 地段隧道施工
第一节 概 述
一、不良和特殊地质地段施工一般规定
(一)不良地质地段
不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地 层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土 地段等不利于隧道工程的不良地质环境。
(二)特殊地质地段
特殊地质地段是指膨胀地层、软弱黄土地层、 含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙等地段 以及瓦斯溢出地层等。
隧道选择施工方法(包括开挖及支护)时，应以安 全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水 文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机 械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而 定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其 变更的可能性，以兔造成工程失误和增加投资。
3.超前预支护 4.监控和量测工作 5.使用喷锚技术注意事项
二、隧道遇到溶洞的处理措施
当隧道施工遇到岩溶危害时，可按岩溶对隧道 的不同影响情况及施工条件，采取引流、跨越、加 固、清除、注浆等不同措施或综合治理。 (1)隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型， 岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以 确定施工方法。 (2)隧道穿过岩溶区，如岩层比较完整、稳定，溶洞 已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小， 可采用探孔或物探等方法，探明地质情况。如有变 化应采取相应的措施。
二、膨胀性围岩对隧道施工的危害
(一)围岩普通开裂
隧道开挖后，由于开挖面上岩体原始应力释放产 生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩 裂缝。
(二)坑道下沉
由于坑道下部膨胀岩体的承载力较低，加之坑道 上部围岩压力过大，坑道下沉变形明显。
(三)围岩膨胀突出和坍塌
隧道开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀变形， 周边土体向洞内膨胀突出，造成开挖断面缩小。在土 体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和 膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏形成坍塌 现象。
③跨越 当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧 的边墙基础通过(图9)。隧道底部遇有较大溶洞并 有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支墙，支 承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水(图 10)。隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜 加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱 跨过(图11)。当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞 时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架 梁通过(图12)。隧道穿过大溶洞，情况较为复杂 时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等。
(2)黄土冲沟地段对施工的影响 当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走
向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生较 大的坍塌或滑坡现象。 (3)黄土溶洞与陷穴影响
黄土溶洞与陷穴，是黄土地区经常见到的不良地 质现象，隧道若建在其上方，则有基础下沉的危害。 隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险。隧道 若修建在其邻侧，则有可能承受偏压，使围岩与衬 砌处于不利的受力状态。
一、隧道内岩爆的特点
干 砌 片 石
混凝土填实 浆砌片石 图4 溶洞堵填方法之一
浆砌片石
混凝土填实 图5 溶洞堵填方法之二
图6 溶洞堵填方法之三
必要时 加设锚杆
干砌片石 压浆
浆砌片石 厚1.0m 片石、碎石 回填密实
图7 喷锚加固与浆砌护 拱之一
必要时 加设锚杆
干砌片石 压浆 混凝土套拱
图8 喷锚加固与浆砌护 拱之二
(1)有的岩溶洞穴深或基底充填物松软；有的顶板高 悬不稳，有严重崩坠之虞；有的岩溶发育情况复杂， 洞穴、暗河上下迂回交错，通道重叠；有的溶蚀大 厅长、宽上百米，高达几十米；如当隧道通过，其 工程艰巨，结构处理复杂，施工困难。 (2)在岩溶地区修建隧道，施工中常遇水囊或暗河岩 溶水的突然袭击，往往泥沙涌流，堵塞坑道，给施 工安全造成威胁。 (3)由于洞穴围岩节理、裂隙发育，岩石破碎或充填 物松软，在施工中极易发生坍塌，危害施工安全。
(3)岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、 越、绕”四种。 ①引排水
遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在 查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、 涵洞、小桥等设施渲泄水流或开凿泄水洞将水排除 洞外(图1)，或开凿泄水洞，将水排出洞外(图2)。 当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时， 应在适当距离外，开凿引水斜洞(或引水槽)将水位 降低到隧底标高以下，再行引排(图3)。当隧道设有 平行导坑时，可将水引入平行导坑排出。
(四)隧道底部隆起
隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又 无仰拱支护体约束时，由于应力释放，洞底围岩产生 卸荷膨胀，加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀， 造成洞底围岩隆起变形。
(五)衬砌变形和破坏
三、膨胀性围岩隧道施工要点
1.加强调查、量测围岩的压力和流变
在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充 分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探 明分布范围及规律，了解水对施工的影响程度，以便 根据围岩动态采取相应的施工措施。
施工时应符合下列要求： (1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危 石后及时喷射混凝土护面。 (2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及 早装设钢拱架支撑加强支护。
6.采用临时支护时注意事项
(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围 岩压力。
(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉 陷时应加设底梁； (3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露 面应用支撑封闭严密； (4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护， 形成联合支撑； (5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的 作用。
(4)水对黄土隧道施工的影响 在含有地下水的黄土层中修建隧道，由于黄土
在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。 当其受水浸湿后，呈不同程度的湿陷性，会突然发 生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力， 如果支护措施满足不了变化后的情况，极容易造成 坍塌。
二、黄土隧道的施工方法
(1)黄土隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与 分布状况的调查。
7.选用掘进方法时注意事项
特殊地质地段隧道施工时，不宜采用全断面开 挖。应视地质、环境、安全、工程质量等条件合理 选用。
8.掘进时遇有围岩压力过大注意事项
当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑 满足设计断面部分的拱圈，待混凝土达到所需强度 并加强拱架支撑后，再行挑顶灌筑其余部分。挑顶 作业宜先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。
浆砌片石
隧
道
暗管、涵洞或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ桥
图2 开凿泄水洞引水
图1 桥涵渲泄水流 混凝土厚0.5~1.0m
浆砌石片
引水槽(洞)
涵管或小桥 图3 引水槽
引出或横向引入 消水洞
②堵填 对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可
根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混 凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭(图4、 图5、图6)；根据地质情况决定是否需要加深边墙 基础。当隧道拱顶部有空溶洞时，可视溶洞的岩 石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或锚喷网加固， 必要时可考虑注浆加固并加设隧道护拱及拱顶回 填进行处理(图7、图8)。
4.合理进行围岩支护
在施工时应往意以下几点： (1)喷锚支护，稳定围岩； (2)衬砌结构及早闭合。
第三节 黄土地段隧道施工
一、黄土概念
黄土：灰黄、黄褐色，有针状大孔，垂直节理 发育的特殊性土。
(二)黄土地层对隧道工程的影响
(1)黄土节理影响 在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。
如果这种地层位于坑道顶部，则极易产生“塌顶”。 如果位于侧壁，则普遍出现侧壁掉土，若施工时处 理不当，常会引起较大的坍塌。
三、黄土隧道施工的注意事顶
(1)施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混 凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护 。 (2)施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大， 应用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应 立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。 (3)黄土隧道施工宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时， 可在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加 设支撑。 (4)锚杆宜采用药包式或早强砂浆锚杆。 (5)施工中如发现不安全因素，应暂停开挖，加强临时 支护，以便采取适应性的工序安排。
(2)施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回 填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序， 精心组织施工。 (3)开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法)， 初期支护应紧跟开挖面施作。 (4)黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至 内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。 (5)做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥 善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围， 造成土体坍塌。
2.合理选择施工方法
在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水 的浸湿为原则，宜采用无爆破掘进法。在开挖过程中 尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌。开挖方法宜 不分部或少分部，多采用正台阶法、侧壁导坑法和 “眼镜法”。
3.防止围岩湿度变化
隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。 在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并加强洞 壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩的浸 湿等。
(3)在溶洞地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅 眼，并控制爆破药量且减少对围岩的扰动。防止在 一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道，或 溶洞水突然袭击隧道，造成严重损失。 (4)在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前 支护施工。如充填物为极松散的砾石、块石堆积或 流塑状粘土及砂粘土等可在开挖前采用地表注浆、 洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。如遇颗粒 细、含水量大的流塑状土壤，可采用劈裂注浆技术， 注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。
9.遇有松散、自稳差的围岩掘进时注意事项
采用压注水泥砂浆或化学浆液加固围岩的方法 ，以提高其自稳性。
10.衬砌出现开裂或下沉时注意事项
当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措 施加固基底。
第二节 膨胀性围岩地段隧道施工
一、膨胀性围岩的基本特征
(1)初始应力大，开挖后塑性变形 ； (2)多裂隙性，张驰，降低围岩强度； (3)吸水膨胀、失水收缩；
二、不良和特殊地质地段隧道工程
隧道通过不良、特殊地质地段，其施工有关注意 事项如下：
1.编制施工计划注意的事项
在充分调查研究的基础上，根据围岩级别结合施 工单位的具体情况，综合考虑各方面的因素，拟定施 工方案。
2.选择施工方法注意事项
特殊地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖、 弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为 指导原则。
第四节 溶洞地段隧道施工
溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和 机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。 溶洞是岩溶现象的一种。
一、溶洞的类型及对隧道施工的影响
溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、 干、小的浴洞比较容易处理，而活、湿、大的溶洞， 处理方法则较为复杂。
岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：洞害、 水害、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表沉陷等。